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表2 国内部分再生水回用工程(已投产)
6 分析总结
6.1 再生水水质
由于各地污水处理厂(再生水厂)的设计和运行管理水平参差不齐,致使其出水水质差异很大,在一些大型城市(如北京),其污水回用处理的政策落实的较好,在污水处理厂建设时就考虑到了工业回用的要求,在系统设计时采取措施保证了工业回用的水质要求。
而在一些中小城市,由于污水厂的设计及运行管理水平问题,其污水处理厂的出水水质部分指标不能达到排放标准,更谈不上回用标准了。
污水处理厂的二级出水COD、BOD 和SS 一般均能达到设计要求,甚至更优,只有氨氮指标常常超标。根据华能北京热电厂和邯郸热电厂的运行经验,由于氨氮超标,导致循环水系统的pH 值下降,严重影响了电厂的循环水系统运行安全。
氨氮含量在污水处理厂内很容易去除,很多厂的该项指标不达标,分析其主要原因有:
一运行管理不尽心,有的厂甚至为减少运行开支而少投运或不投运设备,致使出水水质不达标;二是地方环保部门没有对污水厂的排水水质进行有效的监督;三是由于水资源的短缺,污水厂“奇货自居”,不愁不达标的排水没人用。
因此,要保证污水厂的出水水质,就应强化污水处理厂的市场意识,同时,地方有关部门应加强对污水处理厂的监管,确保污水处理厂的运行效果。
6.2 再生水水质标准
再生水回用的水质标准最先由建设部提出,其再生水回用于电厂工业冷却水的水质标准见4-1。由于其水质标准制定时国内的运行经验较少,其水质指标定的较为宽松,因此在修编《工业循环冷却水设计规范》时,电力行业的专家根据近年来的工程经验对再生水作为电厂冷却水的水质指标进行了修正,其中最主要的氨氮、BOD 和COD 的指标更为严格,但由于该标准尚为正式发布实施,因此执行起来有难度。实际上,我国的污水回用的水质标准同美国等一些发达国家相比要宽松得多,如美国克罗拉多州规定污水回用于工业冷却水时氨氮为不可检出。因此,再生水回用标准的统一还有待时日。
6.3 再生水水价
关于再生水的水价,除部分地区有明确的政府定价外,多数地区还没有政府统一定价,一般都是由合同双方协商确定。北京市发改委规定的再生水(未经脱盐处理)价格为1 元/吨。天津市的再生水回用工作起步较早,天津开发区政府积极倡导和扶持再生水回用事业,并制定了统一的再生水价格。根据天津泰达经济技术开发区能源收费标准(2007 年)规定,经反渗透脱盐后的再生水水价为5.5 元/吨(含1.2 元/吨的污水处理费),而该区工业交通类用水价格为5.80 元/吨,超定额用水价格为每立方米9.05 元/吨。山西大同西郊污水处理厂的三级污水的价格为1.4 元/吨。
由于再生水是一种稀缺资源,为卖方市场,在确定水价时,买方没有发言权,而且也不太好约定水质及水量,即使能够在合同中约定,也不能得到很好地执行。有的工程由于水价及水质不能及时落实,导致电厂在建设工程中不得不采用其他水源。因此,迫切需要各地政府制定统一的再生水价格,以进一步推动再生水回用工作的开展。
6.4 再生水使用范围
从前面的案例可以看出,在国外,采用再生水作为锅炉补给水的水源已经有几十年的成功运行经验,澳大利亚Eraring 电厂的4X660MW 亚临界参数机组自1995 年以来一直采用再生水作为锅炉补给水的水源,据电厂介绍没有发生因使用再生水而影响电厂运行的安全性、可靠性。在国内,大同第二发电厂二期工程的锅炉补给水水源也是按再生水进行设计的。北京太阳宫燃气热电冷联供工程除生活水外,电厂其余工业水全部为城市再生水。近期设计的国电滦河五期工程、大唐国际锦州热电厂、天津东北郊热电厂、大同第二发电厂三期工程、山西瑞光发电厂、同煤塔山发电厂、新乡豫新热电厂等项目均是采用再生水作为电厂的全部工业用水水源。
再生水用作电厂的冷却水目前已经得到广泛的认可,作为锅炉补给水和热网补充水的水源也正在被用户接受。
6.5 再生水深度处理工艺
目前常用的深度处理基本方法有单纯过滤处理、石灰混凝澄清过滤处理、吸附氧化处理及膜处理、离子交换等工艺。从表2 中所列工程可以看出,电厂目前流行的再生水深度处理主要主体工艺为石灰凝聚澄清过滤处理工艺和膜过滤处理工艺。
由于石灰凝聚澄清处理工艺对氨氮的去除能力有限,因此对氨氮含量高的污水,需采取去除氨氮的措施,如折点加氯法或曝气生物滤池(BAF)。
膜过滤系统对进水有一定的要求,对于直接采用膜过滤工艺时,根据我公司的研究成果,污水水质至少应达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中规定的基本控制项目最高允许排放浓度的二级标准,建议采用一级B 标准。对于膜过滤形式的选择,浸没式和压力式均能满足要求,但浸没式采用的是负压抽吸,膜通量低,系统能耗高,压力式可以选择较高的膜通量,能耗低,且占地面积小。有专家认为浸没式膜过滤具有MBR 的能,实际上,二级污水的可生化性差,不具备MBR 的运行条件。有的项目采用了生物加强超滤工艺,这实际上是曝气工艺和膜过滤工艺的组合,只要曝气系统设计合理,后面的膜过滤采用浸没式或压力式都没有问题,仅是浸没式膜系统对进水的悬浮物含量要求较为宽松。
再生水深度处理后的除盐处理一般都采用反渗透预脱盐加离子交换除盐处理工艺。需要注意的是,由于再生水不同于常规水源,反渗透膜的污染不可避免,因此不可奢望反渗透膜半年乃至一年清洗一次,同时反渗透前的加药控制也很重要,根据大同二电厂等工程的经验,反渗透前的加药量控制在合适的水平,反渗透膜的清洗周期将会大大延长。
6.6 相关系统的设备及材料的材质
由于冷却水在系统中不断循环使用,即使补充水达到循环冷却水的水质要求,但伴随水温的升高,水的蒸发,各种无机离子和有机物质的浓缩,会引起冷却水系统的腐蚀与结垢问题。深度处理水满足冷却水水质要求并未解决所有的问题,循环冷却水的腐蚀与结垢问题在实际中不能忽视。根据几个工程的经验,在循环冷却水中各种管材按腐蚀速度大小排列的顺序是:低合金钢>碳钢>镀锌碳钢>白铜>黄铜>不锈钢。因此,对于使用再生水的系统,凝汽器等换热器的材质宜采用316 不锈钢。对于氯离子含量高的再生水,当316 不锈钢不能满足要求时,还应选用更高档次的材料。
由于再生水深度处理过程中需加氧化性杀菌剂,因此宜选择抗氧化的超/微滤膜。反渗透膜应选用抗污染膜。
6.7 循环冷却水系统浓缩倍率
根据华北、西北、东北、河南、河北和山西设计院的设计经验,对于湿冷机组的循环冷却水系统浓缩倍率一般都按3.5 倍以下设计,实际运行时个别电厂的浓缩倍率较高,如华润首阳山热电厂循环水系统的浓缩倍率已经达到了5 倍以上,邯郸热电厂的循环水系统浓缩倍率现在按4.0 倍运行,据介绍后者已经运行一年多。这两个厂以高浓缩倍率运行的时间尚短,实际效果如何还有待观察。
对于空冷机组,由于辅机冷却水量小,排污水可以综合利用,需要的排污水量较大,所以,这类电厂的循环水浓缩倍率较低,一般都在2 倍以下。
因此,在目前国内使用再生水的经验还不很多的情况下,循环水系统的浓缩倍率不宜定得太高,一般宜控制在3.5 倍以下,有条件时应通过试验确定。
参考文献
[1] 国家发展改革委、科技部、水利部、建设部、农业部,中国节水技术政策大纲
[2] 中华人民共和国建设部、中华人民共和国科学技术部,城市污水再生利用技术政策
[3] 聂梅生,美国污水回用技术调研分析
[4] 北京国电华北电力工程有限公司,火力发电厂城市污水回用技术研究报告
[5] 北京国电华北电力工程有限公司,火力发电厂锅炉补给水及辅机冷却水采用二级污水技术研究报告
[6] 北京国电华北电力工程有限公司,火力发电厂综合节水技术应用研究报告
[7] 戴云帆、徐光平,城市中水回用于火力发电厂的深度处理技术探讨
[8] 曾德勇,城市二级污水的工业回用
[9] 吴建旗,某工程中水深度处理选择
[10] 王洪臣等,石灰法城市污水深度处理技术研究
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